蒸發(fā)條件下的土壤水分運(yùn)動(dòng)實(shí)用教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1蒸發(fā)蒸發(fā)(zhngf)條件下的土壤水分運(yùn)動(dòng)條件下的土壤水分運(yùn)動(dòng)第一頁(yè)，共41頁(yè)。第第4 4章章 蒸發(fā)條件蒸發(fā)條件(tiojin)(tiojin)下土壤水分的下土壤水分的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)4.1 4.1 土壤土壤(trng)(trng)蒸發(fā)的基本特征蒸發(fā)的基本特征Evaporation + Transpiration = EvapotranspirationEvaporation rate (mm/day) 氣象因素（輻射、氣溫、濕度、風(fēng)速）氣象因素（輻射、氣溫、濕度、風(fēng)速）土面蒸發(fā)土面蒸發(fā) 外界條件外界條件 土壤的供水及輸水能力土壤的供水及輸水能力潛在蒸發(fā)強(qiáng)度（潛在蒸發(fā)強(qiáng)度（potential

2、evaporation rate）穩(wěn)定蒸發(fā)穩(wěn)定蒸發(fā)蒸發(fā)蒸發(fā)不穩(wěn)定蒸發(fā)不穩(wěn)定蒸發(fā)第1頁(yè)/共41頁(yè)第二頁(yè)，共41頁(yè)。4.1 4.1 土壤土壤(trng)(trng)蒸發(fā)的基本特蒸發(fā)的基本特征征第2頁(yè)/共41頁(yè)第三頁(yè)，共41頁(yè)。4.2.1 4.2.1 土面蒸發(fā)土面蒸發(fā)(zhngf)(zhngf)的三個(gè)階段的三個(gè)階段（1）穩(wěn)定蒸發(fā)）穩(wěn)定蒸發(fā) when and As, ez Const. E Const.式中：式中：As為質(zhì)量交換系數(shù)；為質(zhì)量交換系數(shù)； e0為土壤表層水汽壓；為土壤表層水汽壓； ez土壤表面大氣水汽壓；土壤表面大氣水汽壓； es飽和水汽壓。飽和水汽壓。 k的大小的大小(dxio)與土壤性

3、質(zhì)、大氣蒸發(fā)能力有與土壤性質(zhì)、大氣蒸發(fā)能力有關(guān)。關(guān)。(1)4.2 4.2 土壤蒸發(fā)的三個(gè)階段土壤蒸發(fā)的三個(gè)階段(jidun)(jidun)及定解及定解問(wèn)題問(wèn)題第3頁(yè)/共41頁(yè)第四頁(yè)，共41頁(yè)。（2）蒸發(fā)率顯著下降階段）蒸發(fā)率顯著下降階段 K ( ) (1的后期階的后期階段）段）定解問(wèn)題：定解問(wèn)題：)( )()(iiiDDeDDi第26頁(yè)/共41頁(yè)第二十七頁(yè)，共41頁(yè)。（1）Covey 1963的求解的求解(qi ji)思路思路-無(wú)量綱化無(wú)量綱化Covey, W. Mathematical study of the first stage of drying of a moist soil. S

4、oil Sci. Soc. Am. Proc., 27:130-134, 1963.)(*iiDDD/*Lzz/*LEtt*iDELG(2)(3)(4)(5)(6)第27頁(yè)/共41頁(yè)第二十八頁(yè)，共41頁(yè)。Covey 近似解：近似解： 當(dāng)當(dāng)G較小時(shí)（較小時(shí)（E小、土柱較短或初始含水率很大），土壤剖面可近似為均勻干燥小、土柱較短或初始含水率很大），土壤剖面可近似為均勻干燥(gnzo)狀態(tài)，剖面含水率分布光滑。假定方程（狀態(tài)，剖面含水率分布光滑。假定方程（7a）的解近似為：）的解近似為：第28頁(yè)/共41頁(yè)第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。thenfrom (7c) & (7d) A1 = G, A2 = -G/

5、2 ( 8 ) In equation (8), a = a (t*)In addition (continuity theory)(9)式（式（8）與（）與（9）便是）便是(bin sh)定解問(wèn)題式（定解問(wèn)題式（7）的解。）的解。第29頁(yè)/共41頁(yè)第三十頁(yè)，共41頁(yè)。(2) Gardner & Hillel 關(guān)于土柱均勻蒸發(fā)的近似解關(guān)于土柱均勻蒸發(fā)的近似解假定：整個(gè)土壤假定：整個(gè)土壤(trng)剖面以近似相等的速率損失水分，即土柱剖面以近似相等的速率損失水分，即土柱剖面呈近似均勻干燥（蒸發(fā)）狀態(tài)（要求：土柱較短、剖面呈近似均勻干燥（蒸發(fā)）狀態(tài)（要求：土柱較短、或初始含水率較大、或蒸發(fā)強(qiáng)度較弱

6、，即或初始含水率較大、或蒸發(fā)強(qiáng)度較弱，即Covey定義的定義的G較小時(shí)）較小時(shí)） 水分損失的速率為：水分損失的速率為：Eqn. (1c) f1(t) = ELet )(ekkDD第30頁(yè)/共41頁(yè)第三十一頁(yè)，共41頁(yè)。)(2e1dde22)()(tfLzzDEzEzLEDkkkkE0 k c第31頁(yè)/共41頁(yè)第三十二頁(yè)，共41頁(yè)。假定第一階段結(jié)束時(shí)（假定第一階段結(jié)束時(shí)（t = tc），剖面含水率分布為），剖面含水率分布為 c(z)/1)()0(2ckctf21121ln1)(LzDELzkkc關(guān)于關(guān)于tc的確定：的確定： 設(shè)設(shè)t = tc時(shí)，剖面含水率的平均值為時(shí)，剖面含水率的平均值為 ，則，

7、則czLzbLzzLLkLccd 111ln1d)(12100here, , thenkDELb21第32頁(yè)/共41頁(yè)第三十三頁(yè)，共41頁(yè)。herefrom4.5.2 表土蒸發(fā)強(qiáng)度遞減表土蒸發(fā)強(qiáng)度遞減(djin)階段土壤水分階段土壤水分的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)第33頁(yè)/共41頁(yè)第三十四頁(yè)，共41頁(yè)。4.5.3 表土瞬時(shí)變干時(shí)土壤水分運(yùn)動(dòng)的求解表土瞬時(shí)變干時(shí)土壤水分運(yùn)動(dòng)的求解 均質(zhì)土壤、半無(wú)限剖面均質(zhì)土壤、半無(wú)限剖面(pumin)、初始含水率均勻分布、初始含水率均勻分布 (Gardner, 忽略重力項(xiàng)忽略重力項(xiàng))第34頁(yè)/共41頁(yè)第三十五頁(yè)，共41頁(yè)。evaporation1.evaporationtran

8、spirationevapotranspiration第35頁(yè)/共41頁(yè)第三十六頁(yè)，共41頁(yè)。2Physical condition of evaporation latent heat requirement 潛熱潛熱(qinr)需求需求 vapor pressure gradient 水蒸汽壓梯度水蒸汽壓梯度 continual supply of water 連續(xù)的水補(bǔ)給連續(xù)的水補(bǔ)給3The three stages of evaporation (from the saturated soils) steady state or E 0E0 k cE0第36頁(yè)/共41頁(yè)第三十七頁(yè)，共4

9、1頁(yè)。4Steady evaporation 穩(wěn)定蒸發(fā)穩(wěn)定蒸發(fā)(zhngf) in the presence of groundwater table for homogeneous soils均質(zhì)土壤：均質(zhì)土壤：sKEDzd)()(sssKEsKz0d)()(orora. Gardner:b. E H (sH) & E E0 Averiyanov Equation:第37頁(yè)/共41頁(yè)第三十八頁(yè)，共41頁(yè)。 for inhomogeneous soils: 非均質(zhì)土壤非均質(zhì)土壤(trng)：si-1 s0isi s0(i+1)E = q1 = q2 si = s0( i +1) 5Unstea

10、dy evaporation 非穩(wěn)定非穩(wěn)定(wndng)蒸發(fā)蒸發(fā)Coveys solutionGardner 第38頁(yè)/共41頁(yè)第三十九頁(yè)，共41頁(yè)。某地地下水埋深保持為某地地下水埋深保持為1.0m，剖面土壤為均質(zhì)，剖面土壤為均質(zhì)壤土，其非飽和導(dǎo)水率壤土，其非飽和導(dǎo)水率K(s)=Kse-s，其中：，其中：Ks= 8.64 cm d-1 ，為飽和導(dǎo)水率，為飽和導(dǎo)水率，=0.03 cm-1 ；水分；水分(shufn)特征曲線為特征曲線為初始時(shí)刻，剖面土壤飽和，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始初始時(shí)刻，剖面土壤飽和，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始(kish)后，地表維持蒸發(fā)強(qiáng)度后，地表維持蒸發(fā)強(qiáng)度E= 2.5 mm d-1 不變。不變。第39頁(yè)/共41頁(yè)第四十頁(yè)，共41頁(yè)。1.0mzE0(1) 試寫出該土壤容水度試寫出該土壤容水度C(s)的表達(dá)式。的表達(dá)式。(2) 試列出該實(shí)驗(yàn)試列